Способ прямого поиска локальных объектов на шельфе мирового океана и устройство для его осуществления в открытом море
Использование: для прямых поисков геологических объектов на шельфе Мирового океана как в районах, закрытых полярными льдами, так и в открытом море. Решаемая задача: осуществление прямых поисков геологических объектов на шельфе Мирового океана с помощью кругового электрического диполя (КЭД). Сущность изобретения: в способе прямых поисков геологических объектов, при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью КЭД, представляющего собой питающие электроды, один из которых расположен в центральной части окружности радиусом R, образованной внешними питающими электродами, соединенными с центральным электродом питающими линиями, измеряют параметры становления электрической и магнитной составляющих поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности и по результатам судят о свойствах исследуемой среды. Величину радиуса R КЭД выбирают не менее одной четверти заданной глубины исследования. Максимальный рабочий ток в каждой из питающих линий устанавливают путем изменения площади соприкосновения поверхности электродов с морской водой. Измерения электрической составляющей проводят только при наличии магнитной составляющей, а площадь поиска ограничивают окружностью, радиус которой не превышает величины 5R. В устройстве, реализующем способ в открытом море, каждый из питающих электродов совмещают с буем. Питающие линии размещают внутри отрезков изолированного трос-кабеля, соединяющих механически корпус центрального буя с корпусами внешних буев, каждый из которых соединен с отрезками непроводящего троса равной длины с двумя соседними и снабжен электродвигателем, связанным через вал с гребным винтом. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к морской электроразведке и может быть использовано для прямых поисков геологических объектов на шельфе Мирового океана, как в районах, закрытых полярными льдами, так и в открытом море.
Известен способ морской электроразведки [1], при котором возбуждают переменное электрическое поле с помощью горизонтального электрического диполя и на каждой точке зондирования величину первого разноса выбирают равной двум толщам слоя морской воды, измеренным с помощью эхолота, а величину последнего разноса выбирают по выходу проводимости на асимптотическое значение. Известный способ служит только для изучения осадочного чехла небольшой толщины (до 50 м) на небольших глубинах (до 30 м) и, в принципе, не способен обнаруживать расположенные на большой глубине протяженные локальные объекты, какими могут быть объекты типа "залежь", поскольку с увеличением разноса зондирования все возрастающую роль в сигнале-отклике начинает играть продольная проводимость морской воды. Кроме того, необходимость изменения разносов установки приводит к снижению производительности разведочных работ и увеличению их стоимости. Приемопередающая установка в виде горизонтального диполя, реализующая вышеописанный способ, позволяет возбуждать электромагнитное поле, распространяющееся в основном в горизонтальных плоскостях, чем обусловлено нежелательное влияние продольной проводимости морской воды на результаты измерений. Известен также способ индукционной вызванной поляризации 3СБ - ИВП, зарегистрированный в практике морской электроразведки [2], при котором электрическое поле в проводящей среде в процессе становления после включения или выключения источника тока изменяется не резко, а плавно. Чем больше глубина залегания слоя, тем позже наступают изменения в сигнале становления. Возникновение дополнительного источника вызванной поляризации приводит к изменениям, которые вначале растут по абсолютной величине, а затем, по мере затухания дополнительного источника, убывают. Так возникает индукционная вызванная поляризация. Следовательно, чем больше глубина залегания поляризующего слоя, тем на более поздних временах будет проявляться этот слой в поле индукционной вызванной поляризации. Однако на поисковой стадии геофизических исследований метод может быть использован только как сугубо дополнительный к сейсморазведке, поскольку по результатам измерений 3СБ - ИВП нельзя однозначно сказать о наличии локальных неоднородностей, так как необходимо провести измерения по профилю, обработать большой объем данных на ЭВМ и построить геоэлектрический разрез, по которому можно сделать заключение. В районах шельфа, закрытых полярными льдами, проведение сейсморазведки практически исключается, так как в морских работах сейсмическая коса опускается на морское дно, и вопрос с постановкой поисковых работ остается открытым из-за отсутствия сейсмоданных. Кроме того, необходимость изменения разносов установи приводит к снижению производительности работ и увеличению их стоимости. Для реализации вышеописанного способа ЗСБ - ИВП используется традиционная приемопередающая установка типа линия АВ - линия MN, которая позволяет возбуждать электромагнитное поле, распространяющееся в основном в горизонтальных плоскостях. Существенным недостатком такой установки является зависимость сигнала-отклика от суммарной продольной проводимости, в которой основную долю составляет проводимость слоя морской воды. Следовательно, полезные аномальные эффекты всегда относительно малы. Известен наиболее близкий к предлагаемому способ зондирования вертикальными токами [3] , при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью кругового электрического диполя (КЭД), образованного питающими электродами, один из которых располагают в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, измеряют параметры становления электрической и магнитной составляющих поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности, и по результатам измерений судят о наличии или отсутствии локального объекта и о строении и свойствах исследуемой среды. Как следует из общих физических соображений, а также подтверждается математическим и физическим моделированием - нормальное (для любой горизонтально-слоистой среды) магнитное поле на дневной поверхности отсутствует, т. к. скомпенсировано за счет осесимметричного введения тока в Землю. Поэтому при любом нарушении горизонтальной однородности разреза возникает аномальное магнитное поле. Следовательно, способ позволяет проводить прямые поиски локальных объектов, т.к. любое нарушение горизонтально-слоистой структуры разреза отмечается уже одним фактом фиксации сигнала-отклика. Принципиальным отличием способа ЭВТ является зависимость поля КЭД от вертикальной структуры разреза на всех стадиях процесса становления, а не только от суммарной продольной проводимости, как это имеет место для традиционной установки линия АB - линия MN. Это создает предпосылки для использования способа в морской геоэлектроразведке. Однако применение данного способа в морской геоэлектроразведке связано с определенными трудностями. Во-первых, существенное влияние на результаты измерений будет оказывать слой морской воды над поверхностью шельфа. В зависимости от расстояния до берега толщина слоя воды может достигать 300 м. Во-вторых, обеспечение осесимметричного введения тока в Землю затруднено из-за солености (минерализации) морской воды. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для осуществления способа, описанное в той же статье, что и сам способ ЭВТ. Устройство содержит генератор тока, соединенный первым выходом с центральным питающим электродом, расположенным в центре окружности, образованной внешними питающими электродами, которые подключены к второму выходу генератора тока с помощью соответствующих питающих линий, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы, не превышающие 60o. В каждой из питающих линий включен регулятор тока. Измеритель магнитной составляющей соединен с индукционным датчиком, а измеритель электрической составляющей соединен с датчиком электрического поля. Данное устройство может быть использовано для проведения поисковых работ в районах шельфа, закрытых полярными льдами, однако, с его помощью невозможно проводить зондирования в открытом море, поскольку необходимо соблюдать строгую геометрию кругового электрического диполя. В случае же нарушения геометрии установки возникнет мощное нормальное магнитное поле. Патентуемое изобретение направлено на решение задачи осуществления прямых поисков геологических объектов на шельфе Мирового океана с помощью кругового электрического диполя. Сущность изобретения состоит в том, что в способе прямых поисков геологических объектов, при котором в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности радиусом R, образованной внешними питающими электродами, измеряют параметры становления электрической и магнитной составляющих поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности, и по результатам измерений судят о наличии или отсутствии локального объекта и о строении и свойствах исследуемой среды, предлагается величину радиуса R выбирать равной не менее одной четверти заданной глубины исследований, а максимальный рабочий ток, подводимый к каждому из внешних питающих электродов, устанавливать путем изменения площади соприкосновения поверхности электродов с морской водой, при этом предлагается сначала проводить измерения магнитной составляющей поля, а измерения электрической составляющей поля проводить только при наличии магнитной составляющей поля, причем все измерения предлагаются проводить на площади, ограниченной окружностью, радиус которой не превышает величины 5R. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для прямых поисков локальных объектов на шельфе Мирового океана в открытом море, содержащем генератор тока, соединенный первым выходом с центральным питающим электродом, расположенным в центре окружности, образованной внешними питающими электродами, которые подключены к второму выходу генератора тока с помощью соответствующих питающих линий, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы, не превышающие 60o, регуляторы тока, каждый из которых включен в соответствующую питающую линию, измеритель магнитной составляющей, соединенный с датчиком магнитного поля, измеритель электрической составляющей, соединенный с датчиком электрического поля, предлагается каждый из питающих электродов совместить с соответствующим буем, а питающие линии разместить внутри равных им по длине отрезков изолированного трос-кабеля, соединяющих механически корпус буя, совмещенного с центральным электродом, с корпусами буев, совмещенных с внешними электродами, каждый буй, совмещенный с внешним электродом, предлагается механически соединить с двумя соседними буями отрезками непроводящего троса равной длины, и снабдить электродвигателем, подключенным к источнику питания и связанным через вал с гребным винтом. При этом источник питания может быть общим для всех электродвигателей и подключается к каждому из них с помощью двух проводов, размещенных в соответствующем отрезке трос-кабеля. В патентуемом способе выбор радиуса установки с учетом глубины исследования и глубины до морского дна позволяет расширить сферу применения кругового электрического диполя и использовать его при геофизических исследованиях на шельфе Мирового океана, а изменение площади поверхности соприкосновения питающих электродов с морской водой дает возможность устанавливать оптимальный рабочий ток в питающих линиях при изменении показателей солености (минерализации) морской воды, что способствует снижению энергетических затрат. Измерение электрической составляющей поля только при наличии аномальных значений магнитной составляющей позволяет разделить поисковую и разведочную стадии обнаружения локальных объектов и исключить избыточность измерений, так как наличие магнитной составляющей поля однозначно свидетельствует о наличии локального объекта. Если же магнитная составляющая отсутствует, то это свидетельствует об отсутствии локального объекта, и тогда отпадает надобность в измерении электрической составляющей поля и, соответственно, последующей интерпретации с расчленением разреза. Кроме того, повышается производительность поисковых работ вследствие экономии времени и средств. Проведение измерений на площади, ограниченной окружностью, радиус которой не превышает величины 5R, позволяет оптимизировать энергозатраты на проведение геофизических исследований. В предлагаемом устройстве за счет того, что каждый из внешних электродов совмещен с буем, снабженным гребным винтом, связанным через вал с электромотором, а также соединен с двумя соседними буями отрезками непроводящего троса одинаковой длины и механически соединен с буем, совмещенным с центральным электродом с помощью отрезков трос-кабеля, в которых размещены питающие линии, обеспечивается осесимметричная геометрия установки при ее размещении в открытом море, а также удержание установки в заданной точке геофизических исследований, что обусловлено натяжением радиальных и периферийных отрезков троса во время работы гребных валов. На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема соединения буев, совмещенных с питающими электродами; на фиг. 3 - конструкция буя, совмещенного с внешним питающим электродом; на фиг. 4 - результаты моделирования. Устройство, приведенное на фиг. 1, содержит генератор 1 тока, соединенный первым выходом с центральным питающим электродом 2, расположенным в центре окружности, образованной внешними питающими электродами 3, которые подключены к второму выходу генератора 1 тока с помощью соответствующих линий 4, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы не превышающие 60o. В каждую из питающих линий 4 включен регулятор 5 тока. Измеритель 6 магнитной составляющей соединен с датчиком 7 магнитного поля, представляющим собой, например, индукционный датчик, а измеритель 8 электрической составляющей соединен с датчиком 9 электрического поля, представляющим собой приемную линию MN. На фиг. 2 приведена схема соединения буя 10, совмещенного с центральным электродом 2, и буев 11, совмещенных с внешними электродами 3. Отрезки 12 изолированного, например, трехпроводного, трос-кабеля, длина которых равна длине соответствующих питающих линий 4, соединяют буй 10 с буями 11, а одинаковые отрезки 13 непроводящего троса, длина которых равна 2R





Формула изобретения
1. Способ прямых поисков локальных объектов на шельфе Мирового океана, заключающийся в том, что в исследуемой среде возбуждают электромагнитное поле путем осесимметричного введения электрического тока в Землю с помощью питающих электродов, один из которых располагают в центральной части окружности радиусом R, образованной внешними питающими электродами, измеряют параметры становления электрической и магнитной составляющих поля по профилям, радиально расходящимся из центра окружности, и по результатам измерений судят о наличии или отсутствии объекта и строении и свойствах исследуемой среды, отличающийся тем, что величину радиуса R выбирают равной не менее одной четверти заданной глубины исследования, а максимальный рабочий ток, подводимый к каждому из внешних питающих электродов, устанавливают путем измерения площади соприкосновения поверхности электродов с морской водой, при этом сначала проводят измерения магнитной составляющей поля, а измерения электрической составляющей проводят при наличии магнитной составляющей поля, причем все измерения проводят на площади, ограниченной окружностью, радиус которой не превышает величину 5R. 2. Устройство для прямых поисков локальных объектов на шельфе Мирового океана в открытом море, содержащее генератор тока, соединенный первым выходом с питающим электродом, расположенным в центре окружности, образованной внешними питающими электродами, которые подключены к второму выходу генератора тока с помощью соответствующих питающих линий, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы, не превышающие 60o, регуляторы тока, каждый из которых включен в соответствующую питающую линию, измеритель магнитной составляющей, соединенный с датчиком магнитного поля, и измеритель электрического поля, соединенный с датчиком электрического поля, отличающееся тем, что каждый из питающих электродов совмещен с соответствующим буем, а питающие линии размещены внутри равных им по длине отрезков изолированного трос-кабеля, соединяющих механически корпус буя, совмещенного с центральным электродом, с корпусами буев, совмещенных с внешними электродами, при этом каждый буй, совмещенный с внешним электродом, механически соединен с двумя соседними буями отрезками непроводящего троса одинаковой длины и содержит электродвигатель, подключенный к источнику питания и связанный через вал с гребным винтом. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник питания является общим для всех электродвигателей и подключен к каждому из них с помощью двух проводов, размещенных в соответствующих отрезках трос-кабеля.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4